实现废气的绿色转换

将废气高效地转化为化学品和燃料

作者: Dominik Stephan 文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:36 发布时间:2018-10-16
德国钢铁厂每年排放约2 000万tCO2,专家们认为这些废气有着相当大的应用潜力。被称之为“Schornsteinchemie”的庞大工程项目能够获得成功吗?从碳中提取化工产品的Carbon2Chem方案强化了各方的合作。
实现废气的绿色转换

二氧化碳是众所周知的气候杀手,但这个气候杀手将在成为聚合物、化学品或者合成燃料后获得第二次生命。Carbon2Chem就是一个探索从废气中提取可用材料的项目名称,这里的废气包括钢铁冶炼厂排出的废气和高炉废气等。科研人员表示,这些废气的化学成分与可以燃烧的合成气体非常类似,有多种合成途径。充分利用这些废气将使德国钢铁企业每年减排2 000万t的CO2,相当于德国CO2排放量的10%。

“合作项目的参与者希望Carbon2Chem可以发展成为整个德国的典范,并有可能成为一个成功的国际概念。”德国北威州创新、科学和研究部主管Beate Wieland博士说。当德国杜伊斯堡市的一家试验厂还在安装一套这样的试验设备时,CO2化工领域的负责人们聚集到了杜塞尔多夫,召开了CO2-Chemie会议,该会议是将CO2气体转化为有用化工材料的专业技术会议,参会人员来自钢铁企业、化工企业以及技术领先的科研机构,包括Carbon2Chem的网络成员。会议的主要目的是探讨试验设备的运行和操作,以便进一步研发工艺流程

会议中明确了能源转型过程中的很多困难,以及在什么样的条件下才能将CO2的利用变为可持续发展的经济增长。“这一项目的关键是基础科学研究与工业化应用之间的结合。” 德国Max-Planck煤炭研究所的Ferdi Schlüth教授说。

而对于慕尼黑霍伦霍夫研究所的Georg Rosenfeld教授来讲,远离煤炭或者摆脱对古生物资源的依赖是目前最重要的转型之一,其与数字化转型的重要性和意义不相上下。尽管大家都在说能源转型,但远离煤炭是一个漫长的过程,会对社会经济的物质基础产生重大影响,带来巨额的技术转型成本。研究人员表示,原材料工业和能源密集型行业还需继续努力。从产品寿命周期到碳循环的未来价值增值链,应建立在“封闭式碳循环”的基础上,而科研机构在新的系统构架、资源直至新产品的研发中都有着极其重要的作用。

如何将惰性的CO2转化为多种多样的化学键?如何将成分波动很大的冶金气体处理成含氮量高的气态原料?是在合成甲醇、高级醇或合成燃料时需要添加氢气。虽然包含着浓度高达61%未经处理的焦炉煤气,但仍然不够实现CO2气体的完全转换。如果CO2没有用完,则需要额外的氢气。虽然可以用蒸汽重整器廉价地生产氢气,但如果要使这一过程有助于减少温室气体排放,则只能考虑使用可持续发展的氢气,用“绿色电力”电解产生。

德国钢铁厂每年排放约2 000万tCO2,专家们认为这些废气有着相当大的应用潜力。被称之为“Schornsteinchemie”的庞大工程项目能够获得成功吗?从碳中提取化工产品的Carbon2Chem方案强化了各方的合作。

绿色氢气从何而来?活性化1 700万t CO2所需的电力能源约为440 TWh,与德国政府计划于2050年实现的可再生能源装机容量约1 000 TWh相比是一个不小的数字。如果再加上其他的辅助消耗,例如电动汽车的电力能源消耗,就会知道所需的绿色氢气仍然是一个巨大的挑战。尤其是化工和钢铁工业等行业,2050年时需要的电力能源大约有2 000 TWh。“显然,我们没有足够的清洁能源可供使用。”Linde公司的开发工程师Andreas Frey先生说。专家们认为,电力生产的模式转变是一个从电力需求到供应都非常灵活地满足电力消费的范式转换,但这可以与化工行业大规模地连续性发展保持一致吗?

“现代化的流程设备是一套复杂且按照最佳平衡条件生产的综合系统。”Covestro公司的Karen Perrey先生说。原拜耳材料科技公司在2016年时将第一套利用CO2生产PUR聚氨酯泡沫的流程设备投入生产运行,虽然它所生产的塑料中只有20%的产品是以温室气体为原材料的,而且它的年产量也只有5 000 t,但这一设备的投产证明用废气作为化工原料已不再只是一个梦想。

“政治家们更善于制定政策。” BMBF德国联邦教育与研究部部长Karl-Eugen Huthmacher博士说,尽管能源转型是政策的目标,但实现这一目标的引导过程和监管则有待于研究机构和工业企业的发展。

Schlüth先生坚信,在验证了基本的可行性后就可以尽快开始开发商业模式。参加会议的企业和科研机构对Thyssenkrupp公司杜伊斯堡钢铁厂新建的技术中心寄予厚望,投资数百万欧元的工厂有望在2018年春天开始建设,但利用排放气体生产化学品还有许多工作要做。

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